Android(Linux)线路规程的使用

    一般来说，车载导航主机都需要外接若干个UART的外设，如支持HFP的蓝牙模块、与原车通信的CAN解码盒模块、u-blox的GPS模块和DVD机芯等。早年使用Telechips TCC8902+WinCE6.0的方案，该芯片串口比较多，基本够用。最后实在不够时想了一招，动态复用调试串口，参见《WinCE下调试串口的动态复用》。后来改用RK3188+Android做车机，RK3188没那么多串口，于是将所有串口外设都接到了STM32上，甚至把触摸屏和收音机等IIC的设备也一并接了过去。STM32负责在RK3188和各个外设之间做数据透明传输。不得不说STM32确实很强大，当然也得亏姚同学用的出神入化了。一个软件支持几十款触屏，N版硬件，自己写的OS在上面跑得飞快。他用STM32把所有的外设都搞掂了，对主CPU就一个串口，数据流示意图如下。

    Android更新太快，RK3188没多久也过时了，后来改用MTK6735做主CPU。姚同学分分钟就把STM32程序移植到了新板子上。用老邓的话说，姚同学就是快！板子拿给我，开始移植Android驱动。原来在RK3188上是直接修改的串口驱动底层，从中断开始、缓存、打包分发等，触屏驱动也是基于原有GT9XX驱动修改的，看了半天，觉得这种方式平台依赖性太大，不便于移植。后来跟老邓和GYP讨论，准备修改软件架构，写一个虚拟设备驱动读取串口数据，并用成对的虚拟串口将数据分发到Bluetooth、CAN等设备驱动中。如此，所有设备驱动都是纯虚的，就无需修改MTK6735串口驱动了，以后再移植到其他平台也会很方便。想得很美，可是刚动手就发现有问题。虚拟设备驱动无法读取TTY设备，这跟WinCE完全不同，Linux不能在驱动里调用open，read。搜遍Linux的驱动代码，几乎就没有这样用的，仅有几处，也是做调试用，看着都别扭，网上也找不到相关的信息，而《Driving Me Nuts - Things You Never Should Do in the Kernel》里明确提到，禁止这样做，且文章还分析了为什么开发者会有此种不合理的想法，摘录如下：

　　The most common question asked in this don't-do-that category is, "How do I read a file from within my kernel module?" Most new kernel developers are coming from user-space programming environments or other operating systems where reading a file is a natural and essential part of bringing configuration information into a program. From within the Linux kernel, however, reading data out of a file for configuration information is considered to be forbidden. This is due to a vast array of different problems that could result if a developer tries to do this.

    此路不通，再想别的办法。驱动里不能读取TTY设备，那么就写一个应用读取TTY设备，再将读取的数据分发到Bluetooth等设备驱动中。可仔细一琢磨，觉得这个方案很糟，数据流绕了很多弯，非常不好。还有没有别的法子？Linux下支持串口鼠标、串口蓝牙模块和串口的Modem，它们都是如何在驱动里获取TTY上的数据的呢，一定有妙法！虽然项目有点急，姚同学又太给力，但我还是打算再研究两天，不急于动手去改原生的串口驱动。我知道那是一个坑，掉进去一次就会有第二次第三次，宁可慢点也要绕过它去。

    功夫不负有心人，后来终于Google到一篇介绍TTY的好文，《The TTY demystified》。其中提到：

　　Incidentally, the kernel provides several different line disciplines. Only one of them is attached to a given serial device at a time. The default discipline, which provides line editing, is called N_TTY (drivers/char/n_tty.c, if you're feeling adventurous). Other disciplines are used for other purposes, such as managing packet switched data (ppp, IrDA, serial mice), but that is outside the scope of this article. 

    这就是我想要的东东啊！虽然作者没有详述line discipline，但他明确指出Modem及串口鼠标等都使用了线路规程来处理数据，而TTY本身就是默认的线路规程。真是山穷水复疑无路，柳暗花明又一村！接下来重点研究线路规程是如何工作的，并找一个合适的驱动移植过来，最终选定kernel-3.10/drivers/tty/n_hdlc.c为驱动模版进行移植，它支持数据帧的打包和双向通信。Linux下驱动开发，尽可能找现成的移植，这样效率才会高。《Writing a Kernel Line Discipline》也是一片好文，在移植驱动时很有帮助。

    Linux下UART数据流如下图所示。

    简易图如下：

    原来在RK3188上是修改的Low level serial driver，平台相关性太大，如果原厂更新了串口驱动也需要手动同步代码。使用线路规程的方式，则避免了以上问题，且与平台无关，移植非常方便。在MT6735上移植好所有驱动后，后来项目改用MT8735，大概只花了半个小时就移植好了，只要拷贝线路规程驱动、虚拟触屏驱动、收音机驱动、蓝牙模块驱动和uartd应用，修改几个配置文件后编译即可，不用修改一行代码。其中uartd是一个用来切换线路规程的应用。后面如果采用高通的CPU，应该也可以分分钟搞定。

    使用线路规程，除了实现以上基本功能外，同时还增加了一个监测及抓取UART上所有数据流的功能，便于后期开发调试新的串口外设。不得不说，线路规程真是个好东西！Linux的驱动架构实在是牛！